FR2522215A1

FR2522215A1 - STEPPER MOTOR HAVING A ROTOR WITH A LIMITED AXIAL GAME

Info

Publication number: FR2522215A1
Application number: FR8302845A
Authority: FR
Inventors: Harry G Manson
Original assignee: IMC Magnetics Corp
Current assignee: IMC Magnetics Corp
Priority date: 1982-02-24
Filing date: 1983-02-22
Publication date: 1983-08-26
Also published as: GB8303844D0; IT1158801B; GB2115617A; DE3306322A1; CA1197278A; IT8367201A0; US4438361A; DE3306322C2; JPS58157366A; FR2522215B1; GB2115617B

Abstract

LE MOTEUR PAS A PAS COMPORTE UN STATOR 10-13 ET UN ROTOR 40, 43 DONT L'ARBRE 40 COMPORTE UN ALESAGE AXIAL 55. DEUX PALIERS 44, 45 PORTES PAR LE STATOR PORTENT L'ARBRE A ROTATION. UN GOUJON 56 EST FIXE DANS L'ALESAGE ET COMPORTE UNE TETE 57 DE PLUS GRAND DIAMETRE QUI S'ETEND RADIALEMENT AU-DELA DU CONTOUR EXTERNE DE L'ARBRE, EN ALIGNEMENT AXIAL AVEC AU MOINS UNE PARTIE DU PALIER ADJACENT 44. LA TETE DU GOUJON EN VENANT EN APPUI CONTRE LE PALIER EMPECHE OU LIMITE LE JEU AXIAL DU ROTOR PAR RAPPORT AU PALIER.THE STEPPER MOTOR INCLUDES A STATOR 10-13 AND A ROTOR 40, 43 OF WHICH SHAFT 40 HAS AN AXIAL BORE 55. TWO BEARINGS 44, 45 CARRIED BY THE STATOR CARRY THE ROTATION SHAFT. A STUD 56 IS FIXED INTO THE BORE AND HAS A LARGER DIAMETER HEAD 57 WHICH EXTENDS RADIALLY BEYOND THE OUTER CONTOUR OF THE SHAFT, IN AXIAL ALIGNMENT WITH AT LEAST PART OF THE ADJACENT BEARING 44. THE HEAD OF THE SHAFT STUD, BY COMING INTO PRESSURE AGAINST THE BEARING, PREVENTS OR LIMITS THE AXIAL PLAY OF THE ROTOR IN RELATION TO THE BEARING.

Description

La présente invention se rapporte à des moteurs pas à pas tels que ceuxThe present invention relates to stepping motors such as those

décrits et représentés dans les brevets des EUA N O Re 28 705 (en particulier les Fig 6 et 8) et described and represented in the patents of EUA N O Re 28 705 (in particular Figs 6 and 8) and

n' 3 633 055 Plus précisément, l'invention a pour but de li- No. 3 633 055 More specifically, the object of the invention is to

miter le mouvement axial, appelé également "jeu axial", du rotor du moteur pas à pas par rapport aux paliers qui le mimic the axial movement, also called "axial clearance", of the rotor of the stepper motor with respect to the bearings which

portent à rotation.are rotatable.

L'arbre du rotor s'étend habituellement au-delà des pa- The rotor shaft usually extends beyond the sides

liers qui le portent et,fréquemment, une rainure annulaire liers carrying it and, frequently, an annular groove

est formée dans l'arbre, rainure qui reçoit un jonc d'arrêt. is formed in the tree, groove which receives a stop ring.

La venue du jonc d'arrêt en butée contre le palier dont il The coming of the stop ring in abutment against the bearing which it

est adjacent limite le jeu axial du rotor par rapport aux pa- is adjacent limits the axial clearance of the rotor with respect to the

liers Cependant, étant donné que la rainure a toujours une largeur quelque peu supérieure à l'épaisseur du jonc d'arrêt, il y a toujours un certain jeu axial On peut supprimer le jeu axial en remplaçant le jonc d'arrêt par un collier plus onéreux muni d'une vis de blocage ou par un collier à réglage However, since the groove always has a width somewhat greater than the thickness of the stop ring, there is always a certain axial play. The axial play can be eliminated by replacing the stop ring with a more expensive with a locking screw or with an adjustable collar

par vissage.by screwing.

L'un des buts de la présente invention est de réaliser un moteur pas à pas qui comporte des moyens très bon marché pour supprimer ou, si désiré, limiter à une faible valeur le One of the aims of the present invention is to produce a stepping motor which includes very inexpensive means for eliminating or, if desired, limiting the value to a low value.

mouvement axial entre le rotor et les paliers qui le portent. axial movement between the rotor and the bearings which carry it.

Un autre but de l'invention est de réaliser un tel mo- Another object of the invention is to achieve such a mo-

teur pas à pas dans lequel un simple goujon monté à force step-by-step torer in which a simple stud mounted by force

dans un alésage formé à une extrémité de l'arbre du rotor coo- in a bore formed at one end of the rotor shaft coo-

père avec l'un des paliers pour limiter le jeu axial du rotor father with one of the bearings to limit the axial play of the rotor

D'autres buts et caractéristiques de l'invention appa- Other objects and characteristics of the invention appear

raitront à la lecture de la description qui va suivre et se upon reading the description which follows and

réfère au dessin annexé dans lequel: la Fig 1 est une vue partielle, en coupe axiale, d'un moteur pas à pas selon l'invention; et refers to the accompanying drawing in which: FIG. 1 is a partial view, in axial section, of a stepping motor according to the invention; and

la Fig 2 est une vue semblable à celle de la Fig 1 re- Fig 2 is a view similar to that of Fig 1

présentant un autre mode de réalisation d'un moteur pas à pas showing another embodiment of a stepper motor

selon l'invention.according to the invention.

Le moteur pas à pas choisi pour illustrer la présente invention est du type décrit et représenté de manière plus The stepping motor chosen to illustrate the present invention is of the type described and shown more

détaillée dans la demande de brevet des EUA N O 285 657 dépo- detailed in US patent application N O 285 657 filed

25222 1525222 15

sée le 21 juillet 1981 Le moteur pas à pas comporte deux plaques de stator 10 et 11 et deux cuvettes de stator 12 et July 21, 1981 The stepper motor has two stator plates 10 and 11 and two stator cups 12 and

13 Les plaques de stator 10 et 11 sont pratiquement iden- 13 The stator plates 10 and 11 are practically identical

tiques,chacune ayant une forme annulaire Un certain nombre de pôles 15 en forme de coin entourent l'ouverture centrale de ticks, each having an annular shape A number of wedge-shaped poles 15 surround the central opening of

la plaque de stator 10, les pôles étant circonférentielle- the stator plate 10, the poles being circumferential-

ment espacés les uns des autres Tous les pôles 15 font sail- spaced from each other All the poles 15 sail-

lie perpendiculairement dans la même direction à partir du plan de la plaque 10 La partie marginale périphérique 16 de binds perpendicularly in the same direction from the plane of the plate 10 The peripheral peripheral part 16 of

la plaque est déformée hors du plan de la plaque dans la di- the plate is deformed out of the plane of the plate in the di-

rection dans laquelle les pôles 15 font saillie à partir de rection in which the poles 15 protrude from

la plaque.the plaque.

La plaque de stator 11 est pratiquement identique à la The stator plate 11 is practically identical to the

plaque 10 et on a désigné les parties de la plaque 11 qui cor- plate 10 and we have designated the parts of plate 11 which correspond

respondent à celles de la plaque 10 par les mêmes références correspond to those of plate 10 by the same references

que celles utilisées ci-dessus,suivies du signe prime ('). than those used above, followed by the prime sign (').

Pour former l'élément de stator intérieur du moteur pas à pas, les plaques de stator 10 et 11 sont placées dos à dos et sont fixées entre elles de manière permanente, par exemple par une To form the internal stator element of the stepping motor, the stator plates 10 and 11 are placed back to back and are fixed to each other permanently, for example by a

soudure ou au moyen d'un adhésif approprié. solder or by means of a suitable adhesive.

La cuvette 12 du stator a une forme annulaire, ayant une ouverture centrale dans sa paroi arrière Un certain nombre de pôles 25 en forme de coin entourent l'ouverture centrale, les pôles étant circonférentiellement espacés les uns des autres Tous les pôles 25 font saillie perpendiculairement dans la même direction à partir du plan de la paroi arrière 24 de la cuvette Une paroi latérale périphérique 26 fait saillie à partir de la paroi arrière 24 dans la direction dans laquelle les pôles 25 font saillie à, partir de la paroi arrière Le bord libre 27 de la paroi latérale 26 a un plus grand diamètre de sorte que le diamète intérieur du bord libre 27 est approximativement égal au diamètre extérieur de la plaque de stator 10 et,de ce fait, le bord périphérique 16 de la plaque 10 s'adapte sans jeu à l'intérieur du bord 27 de The stator cup 12 has an annular shape, having a central opening in its rear wall A number of wedge-shaped poles 25 surround the central opening, the poles being circumferentially spaced from each other All the poles 25 protrude perpendicularly in the same direction from the plane of the rear wall 24 of the bowl A peripheral side wall 26 protrudes from the rear wall 24 in the direction in which the poles 25 protrude from the rear wall The free edge 27 of the side wall 26 has a larger diameter so that the inside diameter of the free edge 27 is approximately equal to the outside diameter of the stator plate 10 and, therefore, the peripheral edge 16 of the plate 10 fits without play inside edge 27 of

la cuvette 12.bowl 12.

La cuvette 13 du stator est pratiquement identique à la cuvette 12 et on a désigné les parties de la cuvette 13 qui The bowl 13 of the stator is practically identical to the bowl 12 and we have designated the parts of the bowl 13 which

correspondent à celles de la cuvette 12 par les mêmes réfé- correspond to those of bowl 12 by the same references

rences que celles utilisées ci-dessus suivies dia signe prime than those used above followed by the prime sign

(') Une plaque 28 support de palier ayant une ouverture cen- (') A bearing support plate 28 having a central opening

trale 29 est fixée à la face extérieure de la paroi arrière 24 de la cuvette 12 du stator, par exemple au moyen d'une sou- trale 29 is fixed to the outer face of the rear wall 24 of the bowl 12 of the stator, for example by means of a support

dure ou d'un adhésif approprié et une plaque 33 support de pa- hard or suitable adhesive and a backing plate 33

lier, ayant une ouverture centrale 35, est, de même, fixée à la face extérieure de la paroi arrière 24 ' de la cuvette 13 du stator La plaque 33 peut être plus grande que la plaque link, having a central opening 35, is, likewise, fixed to the outer face of the rear wall 24 'of the bowl 13 of the stator The plate 33 may be larger than the plate

28 et elle peut comporter des trous de montage 34 (non repré- 28 and it may include mounting holes 34 (not shown

sentés) au voisinage de ses extrémités de façon à pouvoir ser- in the vicinity of its ends so that it can be used

vir de plaque de montage pour le moteur pas à pas. mounting plate vir for the stepper motor.

Une bobine de fil électrique 31 enroulée sur un corps de bobine 32 entoure les pôles 15 de la plaque 10 et les pôles 25 de la cuvette 12 et une bobine semblable 31 ' enroulée sur un corps de bobine 32 ' entoure les pôles 15 ' de la plaque 11 et les pôles 25 ' de la cuvette 13 Les bords libres 27 et 27 ' des cuvettes 12 et 13 du stator sont sertis dans l'intrevalle 19 de façon à joindre mécaniquement de manière permanente A coil of electric wire 31 wound on a coil body 32 surrounds the poles 15 of the plate 10 and the poles 25 of the bowl 12 and a similar coil 31 'wound on a coil body 32' surrounds the poles 15 'of the plate 11 and the poles 25 'of the cup 13 The free edges 27 and 27' of the cups 12 and 13 of the stator are crimped in the interval 19 so as to mechanically join permanently

chaque cuvette 12 et 13 du stator à sa plaque de stator res- each bowl 12 and 13 of the stator to its stator plate res-

pective 10 et 11.pective 10 and 11.

Le rotor qui coopère avec le stator décrit ci-dessus comporte unarbre 40, un moyeu 41 qui entoure l'arbre auquel il est fixé, un organe support annulaire 42 qui entoure le moyeu auquel il est fixé et un aimant permanent tubulaire 43 qui entoure l'organe support auquel il est fixé L'arbre est porté à rotation par deux paliers à roulement à billes 44 et 45 espacés l'un de l'autre suivant la longueur de l'arbre Un ressort de compression 48 entoure une partie de l'arbre 40 entre les roulements, une extrémité du ressort étant en appui autour d'un collier 49 à l'intérieur duquel l'arbre tourne et l'autre extrémité du ressort appuyant contre The rotor which cooperates with the stator described above comprises a shaft 40, a hub 41 which surrounds the shaft to which it is attached, an annular support member 42 which surrounds the hub to which it is attached and a tubular permanent magnet 43 which surrounds the support member to which it is fixed The shaft is rotated by two ball bearing bearings 44 and 45 spaced from one another along the length of the shaft A compression spring 48 surrounds part of the shaft 40 between the bearings, one end of the spring being supported around a collar 49 inside which the shaft rotates and the other end of the spring pressing against

le moyeu 41.the hub 41.

La plaque support 28 est munie, par exemple par une opé- The support plate 28 is provided, for example by an operation

ration d'emboutissage,d'un bossage 51 qui fait saillie vers l'intérieur et entoure l'ouverture 29 La bague de roulement extérieure du roulement 44 est fixée à l'intérieur du bossage 51 De la même manière la plaque support 33 est munie d'un stamping ration, a boss 51 which projects inwards and surrounds the opening 29 The outer rolling ring of the bearing 44 is fixed inside the boss 51 In the same way the support plate 33 is provided of a

bossage 52 faisant saillie vers l'intérieurentourant l'ou- boss 52 protruding inwardly surrounding the

verture 35 La bague de roulement extérieure du roulement 45 verture 35 The outer bearing ring of bearing 45

est fixée à l'intérieur du bossage 52. is fixed inside the boss 52.

L'extrémité de l'arbre 40 adjacente au roulement 44 est munie d'un alésage axial 55 La partie 55 a de l'alésage 55 qui est plus proche de l'extrémité de l'arbre 40 a un plus grand diamètre Un goujon 56 qui a une tête 57 de plus grand diamètre est enmanché à force dans l'alésage 55 Au moins la partie d'extrémité intérieure 58 du goujon 56 est moletée pour accroître l'engagement à frottement dur entre le goujon The end of the shaft 40 adjacent to the bearing 44 is provided with an axial bore 55 The part 55 has bore 55 which is closer to the end of the shaft 40 has a larger diameter A stud 56 which has a larger diameter head 57 is force fitted into the bore 55 At least the inner end portion 58 of the stud 56 is knurled to increase engagement with hard friction between the stud

et la paroi de l'alésage 55.and the wall of bore 55.

Le diamètre de la tête 57 est supérieur à celui de l'arbre 40 de sorte que la partie radiale extérieure de la The diameter of the head 57 is greater than that of the shaft 40 so that the outer radial part of the

tête est axialement alignée avec au moins la bague de roule- head is axially aligned with at least the roll ring

ment intérieure du roulement 44 Le goujon 56 n'est pas en inner bearing 44 The stud 56 is not in

contact avec la partie 55 a de plus grand diamètre de l'alé- contact with part 55 a of larger diameter of the bore

sage 55 lorsqu'il est enfoncé dans l'alésage et, par conséquent, la partie d'extrémité de l'arbre 40 n'est pas dilatée dans sage 55 when pressed into the bore and therefore the end portion of the shaft 40 is not expanded in

la région qui est entourée par la bague intérieure du roule- the region which is surrounded by the inner ring of the roller

ment 44 De cette manière, la bague de roulement n'est pas ment 44 In this way, the bearing ring is not

déformée par l'introduction du goujon dans l'alésage 55. deformed by the introduction of the stud in the bore 55.

Dans le mode de réalisation de la Fig 1, l'extrémité de In the embodiment of Fig 1, the end of

l'arbre 40 qui comporte l'alésage 55 est légèrement en re- the shaft 40 which includes the bore 55 is slightly in re-

trait derrière la face axialement extérieure du roulement 44. line behind the axially outer face of the bearing 44.

Il en résulte que la tête 57 du goujon 56 est étroitement en As a result, the head 57 of the stud 56 is closely in

appui contre la face axialement extérieure de la bague inté- support against the axially outer face of the inner ring

rieure du palier 44 et empêche ainsi tout mouvement axial, of the bearing 44 and thus prevents any axial movement,

ou jeu axial, du rotor par rapport au palier et, par consé- or axial play, of the rotor with respect to the bearing and, consequently

quent, par rapport au stator.quent, relative to the stator.

Dans le mode de réalisation de la Fig 2, les pièces qui sont identiques à des pièces de la Fig 1 sont désignées par In the embodiment of Fig 2, the parts which are identical to parts of Fig 1 are designated by

les mêmes références que sur la Fig 1 Les pièces qui rem- the same references as in Fig 1 The parts which

plissent la même fonction que des pièces de la Fig 1 sont fold the same function as parts of Fig 1 are

désignées par les mêmes références précédées du chiffre 1. designated by the same references preceded by the number 1.

Dans le mode de réalisation de la Fig 2, des paliers In the embodiment of Fig 2, bearings

lisses 144 et 145 sont utilisés à la place des paliers à rou- plain 144 and 145 are used instead of the rolling bearings

lement à billes Les paliers lisses qui peuvent être en bronze fritté sont fixés à l'intérieur d'ouvertures 129 et 135 de ball bearings The plain bearings which can be made of sintered bronze are fixed inside openings 129 and 135 of

plaques supports 128 et 133 Le palier 144 comporte une rai- support plates 128 and 133 The bearing 144 has a rai-

nure annulaire pour recevoir le bord de la plaque 128 qui ring shape to receive the edge of the plate 128 which

entoure l'ouverture 129 et le palier 145 comporte une rai- surrounds the opening 129 and the bearing 145 has a rai-

nure annulaire pour recevoir le bord de la plaque 133 qui entoure l'ouverture 135 Etant donné que le moyeu 41 tourne et que le palier 144 ne tourne pas,une rondelle 50 à faible ring shape to receive the edge of the plate 133 which surrounds the opening 135 Since the hub 41 rotates and the bearing 144 does not rotate, a washer 50 at low

frottement est disposée entre le moyeu et le palier. friction is disposed between the hub and the bearing.

L'extrémité de l'arbre 40 qui comporte l'alésage 55 fait légèrement saillie au-delà de la face axialement extérieure du palier 144 lorsque le moteur pas à pas est désexcité Le goujon 56 est enfoncé dans l'alésage 55 jusqu'à ce que sa tête 57 touche l'extrémité de l'arbre L'espacement entre la tête 57 et le palier 144 détermine l'importance du mouvement The end of the shaft 40 which includes the bore 55 protrudes slightly beyond the axially outer face of the bearing 144 when the stepping motor is de-energized The stud 56 is pressed into the bore 55 until that its head 57 touches the end of the shaft The spacing between the head 57 and the bearing 144 determines the importance of the movement

axial, ou jeu axial, permis entre le rotor et les paliers pen- axial, or axial play, allowed between the rotor and the bearings

dant que le moteur est en fonctionnement. while the engine is running.

Avantageusement, l'alésage 55 présente la forme d'un trou borgne, s'étendant à partir de l'extrémité de l'arbre 40 adjacente au roulement 44 ou au palier 144, respectivement, inférieure à la longueur Advantageously, the bore 55 has the form of a blind hole, extending from the end of the shaft 40 adjacent to the bearing 44 or to the bearing 144, respectively, less than the length

de l'arbre.of the tree.

On a représenté et décrit l'invention en se référant à des modes de réalisation préférés donnés uniquement à titre d'exemple et on peut y aporter de nombreuses modifications sans s'écrter pour cela de son esprit Il est, par conséquent, bien entendu que l'invention n'est pas limitée à un mode de réalisation ni à une forme spécifique sauf dans la mesure o The invention has been represented and described with reference to preferred embodiments given solely by way of example and it is possible to make numerous modifications to it without being mindful of this. It is therefore understood that the invention is not limited to an embodiment or to a specific form except to the extent that

de telles limitations sont incluses dans les revendications such limitations are included in the claims

annexées.attached.

Claims

1 A stepping motor characterized in that it comprises: a stator (10-13), a rotor (40, 43) mounted for rotation relative to the stator and comprising a shaft (40) which comprises an axial bore (55 ), two bearings (44, 45 t 144, 145) carried by the stator to carry the rotor shaft for rotation and a stud (56) fixed inside the bore of the shaft, the stud having a larger diameter head (57) which extends

radially beyond the outer contour of the aligned tree-

axially with at least part of a first bearing (44;

144) so that the coming of the head of the stud in ap-

then against the bearing limits the amount of axial movement

of the rotor relative to the bearing.

2 stepper motor according to claim 1, characterized

in that the bore (55) extends from a first ex-

end of the shaft (40) over a distance less than the long

tree hunter.

3 stepper motor according to claim 2, characterized in that the head (57) of the stud (56) is axially spaced from said first end of the shaft and is in abutment against the first bearing (44) to prevent any movement axial of

rotor relative to the bearing (44) (Fig 1).

4 stepper motor according to claim 2, characterized in that the head (57) of the stud (56) bears against said end of the shaft and is spaced from the first bearing

(144), when the motor is de-energized, to allow a mo-

limited axial displacement of the rotor with respect to the bearing (144) (Fig 2).

Stepper motor according to claim 1, characterized

in that the stud (56) is retained in friction in the

wise (55).

6 Stepper motor according to claim 5, characterized

in that the stud (56) has a molten outer surface

tee (58) to increase friction between the stud and

the wall of the bore (55).

7 stepper motor according to claim 1, characterized in that the diameter of the bore (55) is greater than

the diameter of the stud in the region of the shaft (40) axial-

aligned with the first bearing (44; 144).